光束穩(wěn)定與振動控制的光機電一體化系統(tǒng)研究.pdf

1、本文以激光通信和高能激光武器的ATP技術(shù)需求為應(yīng)用背景,研究了振動環(huán)境下光學(xué)系統(tǒng)的光束穩(wěn)定與振動控制技術(shù).論文完成的主要工作有:1、基于幾何光學(xué)及矩陣光學(xué)理論,針對近軸光學(xué)系統(tǒng)的振動失調(diào)量的預(yù)估分析,推導(dǎo)了光學(xué)透鏡和平面反射鏡的振動失調(diào)光束傳輸變換矩陣,給出了光學(xué)透鏡和平面反射鏡在三維位移失調(diào)狀態(tài)下的光線傳輸追跡方程,建立了光學(xué)系統(tǒng)的三維振動失調(diào)光束傳輸?shù)倪f推模型,為光路系統(tǒng)的振動失調(diào)量的預(yù)估分析提供了理論方法,并為光束穩(wěn)定自適應(yīng)控制的

2、仿真分析奠定良好基礎(chǔ).2、基于線彈性小變形機械振動理論及結(jié)構(gòu)分析的有限元方法,描述了光學(xué)平臺結(jié)構(gòu)模態(tài)特征和振動位移響應(yīng)的動力分析方法,給出周期性激振和平穩(wěn)隨機振動下的動力響應(yīng)表達式.提出了將時域動態(tài)響應(yīng)、頻率響應(yīng)函數(shù)和均方根值作為機械振動對光束傳輸性能影響的定量評價值.3、針對光學(xué)平臺的基礎(chǔ)振動被動隔離技術(shù),建立了平臺結(jié)構(gòu)的剛體動力學(xué)模型,給出了平臺剛體結(jié)構(gòu)的六自由度隔振傳遞率的公式,計算和比較了剛性支撐、空氣彈簧柔性支撐和不同阻尼比對

3、隔振效果的影響.針對平臺基礎(chǔ)振動被動隔離的特殊要求,給出了將平動激勵與轉(zhuǎn)動響應(yīng)解耦的原則,提出了調(diào)整空氣彈簧剛度的解耦方法,運用廣義逆矩陣給出了調(diào)整剛度的設(shè)計公式.4、針對驅(qū)動跟蹤瞄準(zhǔn)裝置(ATP)引起的平臺自激振動問題,提出了光學(xué)平臺自激振動的主動控制原理,基于Lagrange-Maxwell方程建立了機電系統(tǒng)的動力學(xué)微分方程,給出了自激振動的主動控制策略和算法,并進行了某光學(xué)平臺振動主動控制的數(shù)值仿真分析.針對光學(xué)平臺基礎(chǔ)振動與平臺

4、上自激振動的協(xié)調(diào)控制問題,探討了將基礎(chǔ)振動被動隔離技術(shù)與自激振動的主動控制相結(jié)合的可行性.5、基于振動失調(diào)光路系統(tǒng)的光束傳輸分析,提出一種光束穩(wěn)定控制的基本思想,研究了光束指向失調(diào)量的檢測方法,探討了快速傾斜反射鏡的作動位移和振動位移的檢測方法,并給出了獲取期望作動位移的算法.6、針對本文構(gòu)思的一種三自由度壓電桿作動器,給出了其結(jié)構(gòu)及工作原理,推導(dǎo)出這種壓電作動器的作動方程,并建立了作動系統(tǒng)的動力學(xué)方程.基于自適應(yīng)控制的基本思想,建立了